基于catia与ansys的汽车驱动桥壳有限元分析

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汽车驱动桥壳的有限元分析和设计方法综述

作者：支景锋

来源：《中国化工贸易·中旬刊》2017年第11期

摘 要：驱动桥是为车辆运行提供动力和承载力的主要构件，其桥壳的设计和质量的优劣将影响车辆的安全性和实用性。本文介绍了汽车驱动桥壳有限元分析的方法，对模型建立、静力学分析、疲劳寿命分析等关键环节进行了阐述，并据此介绍了轻量化设计的方法，提出了汽车驱动桥壳的设计要求和提高桥壳寿命的有效措施。

关键词：驱动桥壳；有限元；ANSYS；分析；设计

1 汽车驱动桥壳的有限元模型建立

有限元法是一种在工程分析中常用的方法，驱动桥桥壳结构是一个极为复杂的结构，在实际结构的基础上有效地建立简化而正确的有限元模型，是保证有限元分析准确的首要条件。通常，在整个有限元求解过程中最重要的环节是有限元前处理模型的建立。由于汽车驱动桥桥壳结构形状较为复杂，包含许多复杂曲面，而一般有限元软件所提供的几何建模工具功能相当有限，难以快速方便地对其建模。因此，针对较复杂的结构，采用三维CAD软件如UG、SolidWorks、ProE等中建立几何模型，然后在有限元分析软件ANSYS Workbench 中通过输入接口读入实体模型，进而在ANSYS Workbench 中完成前处理等过程。

2 汽车驱动桥壳的静力学分析

2.1 最大垂向力工况

车辆满载在不平整路面快速行驶时，驱动桥壳同时承受垂向载荷和冲击载荷，此时的桥壳犹如一个简支梁，桥壳通过半轴套管轴承支于轮毂上，半轴套管的支撑点位于车轮的中心线上，垂直载荷取2.5倍满载轴荷，载荷施加在两个钢板弹簧座上，根据软件得到的变形图、应力图分析桥壳是否满足强度和刚度要求。

2.2 最大牵引力工况

此工况为汽车满载以最大牵引力作直线行驶时的工况，不考虑侧向力。此时左右驱动轮除作用有垂向反力外， 还作用有地面对驱动车轮的最大切向反作用力。此時需要得出最大牵引力的计算公式并根据公式进行计算处理。

汽车驱动桥NVH性能分析与优化

摘要：为实现汽车驱动桥NVH性能的分析与优化，本文中建立了驱动桥NVH

性能分析与优化流程及方法，对分析过程中所应用的有限元、振动响应、声学仿真和拓扑优化等方法进行了综合研究，恰当地选取了分析方法、计算方法、分析软件。然后，以某车在60～65km/h加速行驶工况出现噪声大的问题为例进行分析与优化。最后，对优化后驱动桥进行整车NVH测试，验证了所建立的分析流程及方法的有效性。

关键词: 汽车驱动桥；有限元分析；振动响应；声学仿真分析；NVH测试

前言

(3)后驱动桥是汽车底盘传动系统的重要组成部分，同时也是主要噪声源之一，它的NVH性能对整车NVH性能有直接影响。学者对后驱动桥NVH性能的分析与优化开展了大量研究。 虽然研究对汽车驱动桥NVH性能分析与优化做了很多工作，取得许多成果，但仍然存在一些不足。

1 驱动桥 NVH 性能系统分析流程模态分析

对后驱动桥进行模态分析，目的是得到各阶模态频率，来确认其是否与其他激励源产生共振。前期研究结果表明，后桥噪声主要是主减速器齿轮啮合冲击通过轴承传至后桥壳产生振动引起的辐射噪声，差速器在普通工况下一般不起作用，本文中主要是对后桥壳进行模态分析。

1.1 有限元建模

采用 UG 软件系统建模，网格划分过程中，主减速器壳选取四面体单元划分，单元质量主要控制参数如表1所示，最后给各个部件赋相应的厚度和材料属性，如表2所示。

将模型导入ansys workbench软件，得到有限元模型。

2 振动响应分析

振动响应分析的目的是确定响应较大部位，以实现后续精准优化。频率响应分析是指结构对某载荷(可以是冲击载荷，也可能是一频率在一定范围内的载荷)的响应。根据驱动桥噪声机理，以及驱动桥NVH性能分析需要，在进行频率响应分析前，需要先计算其轴承的载荷。

使用模态分析结果，计算桥壳振动响应，求解已知1～2000 Hz频段的所有结果。将频率范围设成1～2000Hz。选择模态叠加法来进行分析，ANSYS

毕业设计（论文）开题报告

学生姓名 系部 汽车与交通工程学院 专业、班级

指导教师姓名 职称 讲师 从事

专业 车辆工程 是否外聘 □是■否

题目名称 基于有限元中型货车半轴与桥壳的设计

一、 课题研究现状、选题目的和意义

1、 研究现状

近些年来，随着中重型货车在国际车市上凸显强劲的增长势头和市场占有率，随着中重型货车市场的发展，作为四大总成之一的车桥也飞速的发展起来，所以国内外都对车桥行业投入了大量的人力物力，国内市场过去，商用车整车企业的发展战略是车身必须自制，发动机立足或争取自制，而车桥则一般采用社会资源。然而，随着近年商用车市场，特别是中、重型卡车市场竞争的加剧，为了在核心总成上不受制于人，国内一汽、中国重汽等主要商用车企业要么投巨资、重兵布局发展自己的车桥业务；要么积极主动与有关大型车桥生产企业建立长期战略联盟，以确保自己稳定的零部件供应。国外市场，作为目前顶级的欧洲品牌的车桥代表了当今世界最高的设计水平，如戴姆勒－克莱斯勒公司20 世纪90 年代末期开发的全新重型卡车ACTROS 系列VOLVO的FM FH系和SCANIA的第5代(4系列G级)，代表着技术变革的前沿MAN 的重型卡车TGA五十铃F系列等都代表着目前世界最高水平载货车车桥设计水平。

随着中国加入WTO 和中国运输结构变化、消费水平的提高，国内市场对中重型车产品需求向多层次、多品种方向发展。未来市场对中重型载货车的需求稳步上升，2010 年达到40 万辆。在总量需求中，中重型车的需求增量较大，2010 年占总需求的70 %。特别是高速公路的飞速发展，为大吨位、大功率载货车提供了得天独厚的有利条件。我国集装箱运输业的高速发展，也为大吨位、大功率载货车提供了广阔的用武之地。1999 年后, 中重型载货汽车高速增长, 特别是2000 年、2001 年( 上半年) 其增长率分别达66. 64%、86. 32%, 远远高于汽车行业增长率14%。2005 年汽车销售20 万辆, 年增长率为17%，在未来的几年内,中重型车和大型客车将进入高速增长时期, 车桥的需求量也将随之剧增。

第５期　２０１２年５月　机械设计与制造　

Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　５１　

文章编号：１００１—３９９７（２０１２）０５—００５１－０３　

基于Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ　的汽车驱动桥壳有限元　

分析与疲劳寿命预测　

杨志卿　王良模　荣如松　王国林　宋怀兰　

（　南京理工大学机械工程学院，南京２１００９４）（　南京依维柯汽车有限公司，南京２１００２８）　

Ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｏｎ　ｆａｔｉｇｕｅ　ｌｉｆｅ　ｏｆ　ｄｒｉｖｅ　’　

ａｘｌｅ　ｈｏｕｓｉｎｇ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ　

ＹＡＮＧ　Ｚｈｉ—ｑｉｎｇ１，ＷＡＮＧ　Ｌｉａｎｇ－ｍｏ１，ＲＯＮＧ　Ｒｕ—ｓｏｎｇ２，ＷＡＮＧ　Ｇｕｏ－ｌｉｎ２，ＳＯＮＧ　Ｈｕａｉ－ｌａｎ　（　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉ＆Ｔｅｃｈ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００９４，Ｃｈｉｎａ）　

（　Ｎａｎｊｉｎｇ　ＩＶＥＣＯ　Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００２８，Ｃｈｉｎａ）　

ｌ　【摘要】驱动桥壳是汽车中的重要部件，应具有足够的强度、刚度以及疲劳寿命。基于ＣＡＤ／ＣＡＥ　ｉ　

｝一体化技术，首先利用ＣＡＴＩＡ软件建立了某轻型汽车驱动桥壳的三维实体模型，虚拟装配后，导入Ｈｙ一｛　｝ｐｅｒｍｅｓｈ中建立以３Ｄ实体单元为基本单元的有限元模型，并以ＭＳＣ．Ｎａｓｔｒａｎ为求解器，通过模拟相关ｌ　

；行业标准规定的台架试验及典型工况，得出驱动桥壳强度与刚度满足要求；最后，通过建立驱动桥壳ｓ一｛　

；Ｎ曲线，将有限元结果导入ＭＳＣ．Ｆａｔｉｇｕｅ进行模拟台架疲劳试验，得到桥壳整体的疲劳寿命分布，结果｛　

ｌ表明驱动桥壳疲劳寿命满足要求，验证了设计的合理性。　２　

》　关键词：ＣＡＴＩＡ；Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ；驱动桥壳；有限元；疲劳寿命　《